SU932293A1 - Differential scanning micro-calorimeter - Google Patents

Differential scanning micro-calorimeter Download PDF

Info

Publication number
SU932293A1
SU932293A1 SU792853186A SU2853186A SU932293A1 SU 932293 A1 SU932293 A1 SU 932293A1 SU 792853186 A SU792853186 A SU 792853186A SU 2853186 A SU2853186 A SU 2853186A SU 932293 A1 SU932293 A1 SU 932293A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
unit
temperature
amplifier
calorimetric
output
Prior art date
Application number
SU792853186A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вилен Мкртичевич Асланян
Владимир Мнацаканович Аветисян
Ваагн Вачаганович Сагателян
Геворк Манукович Саркисян
Мартин Грайрович Аветисян
Карен Аршалуйсович Оксузян
Володя Ишханович Варданян
Дмитрий Дмитриевич Румянцев
Лев Исидорович Кранихфельд
Владимир Иванович Шермин
Original Assignee
Ереванский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет
Предприятие П/Я Г-4299
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ереванский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет, Предприятие П/Я Г-4299 filed Critical Ереванский ордена Трудового Красного Знамени государственный университет
Priority to SU792853186A priority Critical patent/SU932293A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU932293A1 publication Critical patent/SU932293A1/en

Links

Description

II

Изобретение относитс  к теплофизическому приборостроению и может быть использовано дл  измерени  тепловых мощностей и тепловых эффектов при исследовани х физических, химических, биологических и других процессов микрокалориметрическими методами в режиме измен ющейс  температуры.The invention relates to thermophysical instrumentation and can be used to measure thermal powers and thermal effects in studies of physical, chemical, biological and other processes by microcalorimetric methods in the mode of varying temperature.

Известен дифференциальный микрокалориметр , состо щий из массивного центрального блока, внутри которого симметрично расположены две калориметрические  чейки, представл ющие собой калориметрический сосуд, окруженный датчиком теплового потока термопарами , образующими термобатарею t 1 1оA differential microcalorimeter is known, consisting of a massive central unit, inside which two calorimetric cells are symmetrically located, which are a calorimetric vessel surrounded by a heat flow sensor by thermocouples forming a thermopile t 1 1o

Недостатком этого устройства  вл етс  трудоемкость изготовлени  идентичных калориметрических  чеек.The disadvantage of this device is the laboriousness of making identical calorimetric cells.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  микрокалориметр, содержащий калориметрический блок, первый и второй выходы которого соединеныClosest to the proposed is a microcalorimeter containing a calorimetric unit, the first and second outputs of which are connected

соответственно с вторым входом усилител  температуры и входом усилител  разности температуры, а первый и второй входы соединены соответственно с выходом блока программ и первым выходом блока питани , второй выход которого соединен с первым входом усилител  температуры,регистрирующий блок 2 .respectively, with the second input of the temperature amplifier and the input of the temperature difference amplifier, and the first and second inputs are connected respectively to the output of the program block and the first output of the power supply unit, the second output of which is connected to the first input of the temperature amplifier, the recording unit 2.

Известный микрокалориметр имеет Famous microcalorimeter has

10 следующие недостатки: между усилителем температуры усилителем разности температур, с одной стороны, и калориметрическим блоком с другой стороны , может возникнуть в результате 10 the following disadvantages: between the temperature amplifier and the temperature difference amplifier, on the one hand, and the calorimetric unit, on the other hand, may result from

Claims (2)

5 использовани  в калориметрическом блоке мостика переменного тока положительна  обратна  св зь, котора  не позвол ет достичь большого коэффициента усилени , кроме того сравнительX но невысока  чувствительность микрокалориметра не позвол ет исследовать тонкую структуру и обусловлена наличием в усилителе разности температур в цепи питани  термоэлементов послед вательно соединенных сопротивлений, микрокалориметр позвол ет наблюдать эффекты только с поглощением тепла, или только с выделением тепла. Это обусловлено тем, что в усилителе раз ности температур транзисторы coeAHHe ны с тепловым элементом калориметрического блока, термоэлементы которого соединены последовательно; микрокалориметр не обеспечивает высокой точности индикации температуры в  чейках калориметрического блока, та как она производитс  механически счетчиком, подключенным к движку рас хода в блоке программ; в блоке программ в качестве задатчика температуры использован шаговый двигатель со своей электронной системой управлени  и реохорд. Установка начальной температуры требует приведени  движка реохорда с помощью двигател  в ис ходное и начальное состо ние, это создает неудобства в эксплуатации, увеличивает врем  измерений, габариты и массу прибора, указанные недостатки ограничивают функциональные возможности и области применени  мик рокалориметра. Цель изобретени  - расширение фун циональных возможностей дифференциального сканирующего микрокалориметра . Поставленна  цель достигаетс  те что в дифференциальный сканирующий микрокалориметр, содержащий кэлориметрический блок, первый и второй вы ходы которого соединены соответствен но с вторым входом усилител  температуры и входом усилител  разности температур, а первьй и второй входы соединены соответственно с выходом блока программ и первым выходом блока питани , второй выход которого соединен с первым входом усилител  температуры, а также регистрирующее устройство, введены фазочувствительный усилитель мощности и блок измерени  и индикации, причем выход фазочувствительного усилител  мощности соединен с третьим входом калориметри ческого блока, выход блока измерени  и индикации соединен с входом регистрирующего блока а первый, второй и третий входы соединены соответственно с третьим выходом калориметрического блока, вторым выходом усилител  разности температур и п тым выходом блока питани , третий выход которого соединен с первым входом фазочувствительного усилител  мощности, а второй и третий входы фазочувствительно-. го усилител  мощности соединены соответственно с выходом усилител  температуры и первым выходом усилител  разности температур. На чертеже изображена структурна  схема предлагаемого микрокалориметра . Дифференциальный сканирующий микрокалориметр содержит калориметрический блок 1, усилитель 2 температуры, усилитель 3 разности температур, фазочувствительный усилитель мощности, блок 5 измерени  и индикации, блок 6 программы, блок 7 питани  и блок 8 регистрации. Калориметрический блок 1  вл етс  основным элементом микрокалориметра. В нем реализуетс  принцип работы микрокалориметра , .основанный на непосредственном измерении и регистрации выдел емой или поглощаемой мощности в образце по дифференциальной схеме. Этот блок, оформленный конструктивно в виде единого узла включает в себ  две составные части: измерительный блок и собственно калориметрический блок. В последнем располагаютс  две камеры в форме чашечек, в которые помещаютс  алюминиевые капсулы с исследуемым веществом и эталонным. В нижней части камер помещены термочувствительные датчики и нагревательные элементы. В калориметрическом блоке предлагаемого микрокалориметра использован мостик переменного тока. Это исклочает возможность возникновени  положительной обратной св зи между усилителем 2 температуры и усилителем 3 разности температур, с одной стороны, и калориметрическим блоком 1, с другой. Вследствие этого достигаетс  большой коэффициент усилени , то есть повышаетс  чувствительность прибора. Кроме того, термоэлементы калориметрического блока не соединены между собой. В усилителе 3 разности температур дл  увеличени  чувствительности усилител  применен полевой транзистор. При этом возможность по влени  самовозбуждени  в усилителе 2 температур и усилителе 3 разности температур за счет наличи  обратной св зи с калориметрическим блоком 1 исключаетс . так как усилители 2 и 3 разв заны с блоком 1 как по посто нному, так и по переменному токам. Также дл  увели чени  чувствительности в цепи питани  отсутствуют последовательно соединенные термоэлементы. Фазочувствительный усилитель Ц мощности содержит транзистор, выделенный из уо лител  2 температуры, трансформатор и транзисторы, выделенные из усилител  3 разности температуры . Выделение этих элементов и конструктивное оформление в виде отдельных блоков позволило использовать в качестве радиаторов дл  перечисленных транзисторов корпус прибора. Это сделало возможным уменьшить габариты. и массу микрокалориметра. Кроме того соединение транзисторов, выделенных из усилител  3 разности температур .с термоэлементами калориметрического блока, которые не соединены между собой , позвол ет наблюдать эффекты как с поглощением, так и с выделением тепла. . В предлагаемом микрокалориметре индикаци  температур осуществл етс , применением светодиодных цифррвых матриц со своей электронной схемой и беретс  непосредственно с измерительного моста .(третий выход калориметрического блока - первый вход блока измерени  и индикации). Это повышает точность индикации температуры в  чейках калориметрического блока. Блок 6 программы представл ет собой электронный генератор линейно измен ющегос  напр жени . Отсутств14е механической части делает блоки прибоpa технически совместимыми, позвол ет существенно уменьшить габариты и массу, улучшить его эксплуатационные |характеристики и повысить надежность. Дифференциальный сканирующий микрокалориметр работает следующим образом . Исследуемый образец запрессовывают а алюминиевую капсулу и вместе с эталонным помещают в камеры калориметрического блока 1. Прибор включают к источнику питани  и прогревают в течение мин. Устанавливают началь ную температуру близкую к ожидаемому диапазону температур измерений, а также необходимую чувствительность прибора и скорость сканировани  температуры . Дл  сканировани  температуры из блока 6 программ поступает сигнал в усилитель 2 температуры, сравненный с сигналом измерительной части калориметрического блока 1, и далее подаетс  в Фазочувствительный усилитель k мощности и в калориметрическую часть блока 1. Между калориметрической и измерительной част ми калориметрического блока 1 обратна  св зь осуществл етс  по теплоте. Из измерительной части калориметрического блока 1 сигналпоступает в блок 5 измерени  и индикации , где он преобразуетс  в цифровые показани  температуры в калориметрической части блока 1. С измерительного моста калориметрического блока 1 сигнал разности температур в рабочей и эталонных  чейках блока 1 поступает в усилитель 3 разности температур , далее в фазочувствительный усилитель мощности ив калориметрическую часть блока 1. Между калориметрической и измерительной част ми блока 1 существует по тем же цеп м , но уже друга  теплова  сЪ зь. Функции первой тепловой св зи - статирование температуры во врем  сканировани . Функции второй - компенсаци  разности температур в рабочей и эталонных  чейках. После прохождени  интересуемого диапазона температур процесс измерени  заканчиваетс . При необходимости повторного замера , например в случае неудовлетворительного наклона базовой линии,- еле дует отрегулировать ее наклон и повторить замер в той же последовательности . Предлагаемый микрокалориметр предполагаетс  широко использовать преимущественно в кабельной промышленности : дл  контрол  напр женного состо ни  полиэтиленовой изол циии или оболочки кабелей в процессе их производства; дл  контрол  состо ни  и прогнозировани  долговечности кабельных изделий. Формула изобретени  Дифференциальный сканирующий микрокалориметр , содержащий калориметрический блок, первый и второй выходы которогр соединены соответственно с вторым входом усилител  температуры и входом усилител  разности температур, а первый и второй входы соединены соответственно с выходом блока программ и первым выходом бло ка питани , второй выход которого соединен с первым входом усилител  температуры, регистрирующий блок, отличающийс  тем, ч о, с целью расширени  его функциональных возможностей, в него введены фазочувствительный усилитель мощности и блок измерени  и индикации, причем выход фазочувстеительного усилител  мощности соединен с третьим входом калориметрического блока, выход блока измерени  и индикации соединен с входом регистрирующего блока, а первый , второй и третий входы соединены соответственно с третьим выходом калориметрического блока, вторым вы938 ходом усилител  разности температур и п тым выходом блока питани , третий выход которого соединен с первым входом фазочувствительного усилител  мощности, а второй и третий входыфазочувствительного усилител  мощности соединены соответственно с выходом усилител  температуры и первым выходом усилител  разности температур . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 501302, кл. G 01 К 17/00, 1973. 5 uses in the calorimetric block of the AC bridge positive feedback, which does not allow to achieve a large gain factor, besides the comparativeX but low sensitivity of the microcalorimeter does not allow to investigate the fine structure and is due to the presence of thermoelements of subsequently connected resistances in the amplifier The microcalorimeter allows you to observe effects only with the absorption of heat, or only with the release of heat. This is due to the fact that in an amplifier of temperature differences transistors are coeAHHe with a thermal element of the calorimetric unit, the thermoelements of which are connected in series; the microcalorimeter does not provide a high accuracy of temperature display in the cells of the calorimetric unit, as it is produced mechanically by a meter connected to the flow engine in the program block; In the program block, a stepper motor with its electronic control system and a re-chord are used as a temperature setter. Setting the initial temperature requires bringing the rheochord engine with the engine into the initial and initial state, it creates inconvenience in operation, increases the measurement time, dimensions and weight of the device, these drawbacks limit the functionality and application areas of the microcalorimeter. The purpose of the invention is to expand the functional capabilities of a differential scanning microcalorimeter. The goal is achieved by the fact that a differential scanning microcalorimeter containing a calorimetric unit, the first and second outputs of which are connected respectively to the second input of the temperature amplifier and the input of the temperature difference amplifier, and the first and second inputs are connected respectively to the output of the program block and the first output of the power supply , the second output of which is connected to the first input of the temperature amplifier, as well as a recording device, a phase-sensitive power amplifier and a measuring unit and an input the output of the phase-sensitive power amplifier is connected to the third input of the calorimetric unit, the output of the measuring and indication unit is connected to the input of the recording unit, and the first, second and third inputs are connected respectively to the third output of the calorimetric unit, the second output of the temperature difference amplifier and the fifth output of the unit power supply, the third output of which is connected to the first input of the phase-sensitive power amplifier, and the second and third inputs are phase-sensitive. This power amplifier is connected respectively to the output of the temperature amplifier and the first output of the temperature difference amplifier. The drawing shows a structural diagram of the proposed microcalorimeter. The differential scanning microcalorimeter contains a calorimetric unit 1, a temperature amplifier 2, an amplifier 3 temperature differences, a phase-sensitive power amplifier, a measurement and display unit 5, a program block 6, a power supply block 7 and a recording unit 8. Calorimetric unit 1 is the main element of the microcalorimeter. It implements the principle of operation of the microcalorimeter, based on direct measurement and recording the released or absorbed power in a sample according to a differential scheme. This unit, designed structurally as a single unit, includes two components: a measuring unit and the actual calorimetric unit. In the latter there are two cups-shaped chambers in which aluminum capsules with a test substance and a reference substance are placed. In the lower part of the chambers are placed temperature sensors and heating elements. In the calorimetric unit of the proposed microcalorimeter, an AC bridge was used. This eliminates the possibility of a positive feedback between the temperature amplifier 2 and the amplifier 3 temperature differences, on the one hand, and the calorimetric unit 1, on the other. As a result, a large gain factor is achieved, i.e. the sensitivity of the instrument is increased. In addition, thermoelements of the calorimetric unit are not interconnected. In amplifier 3 temperature differences, a field effect transistor is used to increase the sensitivity of the amplifier. In this case, the possibility of self-excitation in the temperature amplifier 2 and the amplifier 3 due to the presence of feedback with the calorimetric unit 1 is excluded. Since the amplifiers 2 and 3 are developed with block 1 both in constant and alternating currents. Also, to increase the sensitivity in the power supply circuit, there are no series-connected thermocouples. The phase-sensitive power amplifier C contains a transistor isolated from temperature 2, a transformer and transistors isolated from amplifier 3 temperature differences. Selecting these elements and constructive design in the form of separate blocks allowed using the device case as radiators for the listed transistors. This made it possible to reduce the size. and microcalorimeter mass. In addition, the connection of transistors isolated from the amplifier 3 temperature differences with the thermocouples of the calorimetric unit, which are not interconnected, allows one to observe the effects of both absorption and heat release. . In the proposed microcalorimeter, temperature indication is carried out using LED digital arrays with its electronic circuit and taken directly from the measuring bridge. (The third output of the calorimetric unit is the first input of the measurement and indication unit). This improves the accuracy of temperature display in the cells of the calorimetric unit. Block 6 of the program is an electronic generator of linearly varying voltage. The lack of a mechanical part makes the units of the device technically compatible, allows to significantly reduce the size and weight, improve its performance and increase reliability. Differential scanning microcalorimeter works as follows. The test specimen is pressed into the aluminum capsule and, together with the reference one, placed in the chambers of the calorimetric unit 1. The device is turned on to the power source and heated for min. The initial temperature is set close to the expected range of measurement temperatures, as well as the required sensitivity of the instrument and the temperature scanning rate. To scan the temperature from block 6 of the programs, a signal is sent to the temperature amplifier 2, compared with the signal from the measuring part of the calorimetric block 1, and then fed to the Phase-sensitive power amplifier k and to the calorimetric part of block 1. Between the calorimetric and measuring parts of the calorimetric block 1, feedback carried out by heat. From the measuring part of the calorimetric unit 1, the signal enters the measurement and indication unit 5, where it is converted into digital temperature readings in the calorimetric part of unit 1. From the measuring bridge of the calorimetric unit 1, the temperature difference signal in the working and reference cells of unit 1 enters the amplifier 3 temperature difference, then to the phase-sensitive power amplifier in the calorimetric part of unit 1. Between the calorimetric and measuring parts of unit 1 exist along the same circuits, but already another heat source Y The functions of the first thermal communication are temperature measurement during scanning. The second function is to compensate for temperature differences in the working and reference cells. After passing through the temperature range of interest, the measurement process ends. If it is necessary to re-measure, for example, in case of unsatisfactory tilt of the baseline, it is hardly possible to adjust its tilt and repeat the measurement in the same sequence. The proposed microcalorimeter is supposed to be widely used mainly in the cable industry: to monitor the stress state of polyethylene insulation or cable sheaths during their production; to monitor the condition and predict the durability of cable products. The invention has a differential scanning microcalorimeter containing a calorimetric unit, the first and second outputs are connected respectively to the second input of the temperature amplifier and the input of the differential temperature amplifier, and the first and second inputs are connected respectively to the output of the program block and the first output of the power supply unit, the second output of which is connected with the first input of the temperature amplifier, the recording unit, characterized in that, in order to expand its functionality, phase sensations are introduced into it A power amplifier and measuring and indication unit, the output of the phase-sensing power amplifier is connected to the third input of the calorimetric unit, the output of the measuring and indication unit is connected to the input of the recording unit, and the first, second and third inputs are connected respectively to the third output of the calorimetric unit, the second output the temperature difference amplifier and the fifth output of the power supply unit, the third output of which is connected to the first input of the phase-sensitive power amplifier, and the second and third inputs are phase-phase pheno- power amplifier are respectively connected to the output of the first temperature and temperature difference amplifier output. Sources of information taken into account during the examination 1. USSR author's certificate No. 501302, cl. G 01 K 17/00, 1973. 2.Дифференциальный сканирующий микрокалориметр ДСМ-2М. Проспект Специального конструкторского бюро биологического приборостроени . М,,Наука (прототип).2. Differential scanning microcalorimeter DSM-2M. Prospectus of the Special Design Bureau for Biological Instrument Making. M ,, Science (prototype).
SU792853186A 1979-12-17 1979-12-17 Differential scanning micro-calorimeter SU932293A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792853186A SU932293A1 (en) 1979-12-17 1979-12-17 Differential scanning micro-calorimeter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU792853186A SU932293A1 (en) 1979-12-17 1979-12-17 Differential scanning micro-calorimeter

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU932293A1 true SU932293A1 (en) 1982-05-30

Family

ID=20865038

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU792853186A SU932293A1 (en) 1979-12-17 1979-12-17 Differential scanning micro-calorimeter

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU932293A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5549387A (en) * 1994-06-01 1996-08-27 The Perkin-Elmer Corporation Apparatus and method for differential analysis using real and imaginary signal components
RU2475714C2 (en) * 2010-09-22 2013-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Техноаналит" Differential microcalorimeter and method of measuring heat release

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5549387A (en) * 1994-06-01 1996-08-27 The Perkin-Elmer Corporation Apparatus and method for differential analysis using real and imaginary signal components
RU2475714C2 (en) * 2010-09-22 2013-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Техноаналит" Differential microcalorimeter and method of measuring heat release

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3283560A (en) Differential thermal analysis apparatus
US4568198A (en) Method and apparatus for the determination of the heat transfer coefficient
Steckler et al. High precision microcalorimetry: Apparatus, procedures, and biochemical applications
Dixon et al. A differential AC calorimeter for biophysical studies
SU932293A1 (en) Differential scanning micro-calorimeter
US2652743A (en) Optical apparatus for measuring temperature
JPS61159141A (en) Heat measuring device for porous body texture
CN114894320A (en) Thermal parameter self-testing method, device and system for thermopile infrared sensor
Arndt et al. Isochronal Differential Microcalorimeter
RU116238U1 (en) DEVICE FOR DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS
RU2620029C1 (en) Holder unit for nanocalorimetric sensors for measuring thermophysical and structural parameters of sample
SU1101693A2 (en) Micro calorimeter
SU1330527A1 (en) Method of determining heat conduction of anisotropic materials
SU970141A1 (en) Device for measuring ray flows
GB1080435A (en) Improvements in or relating to apparatus for measuring thermal conductivity
SU537288A1 (en) Method for determining thermal conductivity of solids
SU1741036A1 (en) Device for determination of thermal conductivity of materials
RU2523760C1 (en) Method of measuring thermal effects using differential modulation scanning calorimeter and calorimeter therefor
SU877414A1 (en) Calorometric device
Freud et al. Method for measuring pressure dependence of thermal conductivity of gases
SU1100550A1 (en) Device for adiabatic heating/cooling
SU819594A1 (en) Thermoradiometer for measuring degree of material blackness
SU821959A1 (en) Temperature determining method
JPH01502775A (en) Method and device for determining the absolute temperature of a measured object
SU922602A1 (en) Device for determination of hard material thermal conductivity